專利名稱：植物生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及植物細(xì)胞培養(yǎng)過程中的設(shè)備，特別是一種植物生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
地球上種類繁多、數(shù)量浩瀚的植物是人類賴以生存的寶貴資源，從植物來的有機(jī)物包括初生代謝物和次生代謝物兩大類。初生代謝物是植物生長和發(fā)育必需的，也是合成次生代謝物的重要原料。次生代謝物如香料、食品色素、興奮劑、藥物、甜味劑等，直到目前為止這些天然產(chǎn)物仍在人類的生活中占有重要位置。但從天然植物中提取的方式受到了挑戰(zhàn)，這主要是1)生態(tài)環(huán)境的破壞和人們對野生資源的盲目采集，造成許多野生植物趨于瀕危。2)生態(tài)環(huán)境的差異，使引種和馴化困難。3)可耕地面積日益減少。4)栽培過程中自然環(huán)境影響，使產(chǎn)量和質(zhì)量難以控制。另外，目前的化學(xué)合成方法由于工藝復(fù)雜，費(fèi)用高，同時易造成新的環(huán)境污染，因而發(fā)展也受到限制。
植物細(xì)胞培養(yǎng)為生產(chǎn)植物次生代謝物提供了新的思路，這是繼微生物技術(shù)以后當(dāng)代生物技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展領(lǐng)域，吸引了無數(shù)的國家實驗室和科學(xué)家參與進(jìn)來，已取得了令人鼓舞的進(jìn)展。植物細(xì)胞規(guī)?；囵B(yǎng)優(yōu)點1)替代野生品種，從而有效保護(hù)資源，改善生態(tài)環(huán)境；2)生產(chǎn)周期短，不受季節(jié)等環(huán)境因素的限制，可周年進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)；3)可通過生物技術(shù)手段使次生代謝物產(chǎn)量高；4)開發(fā)出的生物藥品與西藥相比，具有天然植物中藥毒副作用小的優(yōu)勢，具有很好的市場前景。同時，植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)與分子生物學(xué)、基因工程、生代工程技術(shù)結(jié)合，必將為今后植物資源的開發(fā)和發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展注入新的活力。
我國學(xué)者在此領(lǐng)域內(nèi)亦取得許多研究進(jìn)展，如紫草、紅豆杉、人參、三分三、紫杉等植物細(xì)胞培養(yǎng)的研究工作。但是由于植物細(xì)胞生長速度緩慢和產(chǎn)生地有效成分含量低下，遺傳穩(wěn)定性較差和對剪切力較為敏感以及培養(yǎng)儀器和工藝不完善等因素，導(dǎo)致生產(chǎn)成本過高，限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。特別是植物細(xì)胞培養(yǎng)周期長(20天左右，微生物)，操作過程復(fù)雜，目前國內(nèi)設(shè)備基本不能滿足植物細(xì)胞培養(yǎng)的高要求，造成污染率相當(dāng)高。如何降低植物細(xì)胞培養(yǎng)過程中的污染率，是對生物反應(yīng)器設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)的關(guān)鍵所在。
實用新型內(nèi)容本實用新型解決現(xiàn)有植物生物反應(yīng)器在使用過程中存在的污染嚴(yán)重和水資源浪費(fèi)，從而造成成本較高而不利于推廣應(yīng)用的問題，設(shè)計出一種新型的植物生物反應(yīng)器，采用該植物生物反應(yīng)器能大大降低植物細(xì)胞培養(yǎng)成本，從而有利于推廣應(yīng)用。
本實用新型的技術(shù)方案如下植物生物反應(yīng)器，包括接種操作系統(tǒng)，培養(yǎng)器光照系統(tǒng)，空氣輸送系統(tǒng)和溫度調(diào)控系統(tǒng)，所述空氣輸送系統(tǒng)包含有空氣壓縮機(jī)和通過管路與其連接的除菌過濾器，其特征在于在所述空氣壓縮機(jī)和除菌過濾器之間串接有多級空氣過濾器。
所述多級空氣過濾器為三級過濾器。
所述接種操作系統(tǒng)包含接種工作臺和工作臺上的接種器，所述接種工作臺為超凈工作臺。
所述溫度調(diào)控系統(tǒng)采用循環(huán)水箱和雙層鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)罐進(jìn)行溫度調(diào)控。
所述培養(yǎng)器光照系統(tǒng)設(shè)置有普通光源和冷光源，冬天采用普通光源，夏天采用冷光源。
所述培養(yǎng)器中培養(yǎng)物的循環(huán)和通氣通過氣體循環(huán)和攪拌器攪拌相結(jié)合的方式進(jìn)行。
本實用新型的技術(shù)效果如下由于本實用新型植物生物反應(yīng)器，在空氣壓縮機(jī)和除菌過濾器之間串接有多級空氣過濾器，這就能夠使得進(jìn)入的空氣充分潔凈，消除了現(xiàn)有技術(shù)中該環(huán)節(jié)存在的嚴(yán)重污染，從而能大大降低植物細(xì)胞培養(yǎng)成本，有利于推廣應(yīng)用。
由于氣體進(jìn)行了三級過濾，從實驗結(jié)果得知，相應(yīng)環(huán)節(jié)污染率降低了50％。
由于在超凈工作臺上進(jìn)行接種，這就能夠有效避免接種污染問題，從實驗結(jié)果得知，相應(yīng)環(huán)節(jié)污染率降低60％。
由于溫度調(diào)控系統(tǒng)采用循環(huán)水箱和雙層鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)罐進(jìn)行溫度調(diào)控，這就能夠高效利用水資源，從實驗結(jié)果得知，水只消耗原來的1/50。
由于外光源冬天采用普通光源，夏天采用冷光源，這就能夠高效節(jié)能。
由于采用氣升式和攪拌式相結(jié)合方式，這有利于有效消除泡沫，培養(yǎng)物的循環(huán)和通氣通過氣體循環(huán)和攪拌相結(jié)合方式，可以解決同期量大易形成大量氣泡、引起培養(yǎng)物貼壁的問題，因此需要適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣扰c低通氣量相結(jié)合。


圖1為本實用新型的構(gòu)造原理示意圖。
圖中標(biāo)記列示如下1-空氣壓縮機(jī)；2-三級過濾器；3-空氣流量調(diào)節(jié)閥；4-換向閥；5-除菌過濾器；6-蒸汽發(fā)生器；7-控溫水箱；8-蒸汽冷凝器；9-循環(huán)泵；10-超凈工作臺；11-接種器；12-單向閥；13-培養(yǎng)器；14-攪拌器；15-冷光源；16-安全閥；17-溫度探頭；18-PH探頭；19-溶氧探頭；20-預(yù)留口。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖所示，本實用新型植物生物反應(yīng)器，包括接種操作系統(tǒng)，培養(yǎng)器光照系統(tǒng)，空氣輸送系統(tǒng)和溫度調(diào)控系統(tǒng)，空氣輸送系統(tǒng)包含有空氣壓縮機(jī)1和通過管路與其連接的除菌過濾器5，除菌過濾器5有多個，在空氣壓縮機(jī)1和除菌過濾器5之間串接有多級空氣過濾器，該多級空氣過濾器為三級過濾器2。氣體進(jìn)行了三級過濾，使得進(jìn)入的空氣充分潔凈，消除了現(xiàn)有技術(shù)中該環(huán)節(jié)存在的嚴(yán)重污染，從而能大大降低植物細(xì)胞培養(yǎng)成本，有利于推廣應(yīng)用，從實驗結(jié)果得知，相應(yīng)環(huán)節(jié)污染率降低了50％。在三級過濾器2和除菌過濾器5之間還串接有空氣流量調(diào)節(jié)閥3和換向閥4。溫度調(diào)控系統(tǒng)中有蒸汽發(fā)生器6和相應(yīng)的蒸汽冷凝器8，以及控溫水箱7，控溫水箱7通過循環(huán)泵9和循環(huán)管路連接并連通雙層鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)罐進(jìn)行溫度調(diào)控，這就能夠高效利用水資源，從實驗結(jié)果得知，水只消耗原來的1/50。培養(yǎng)器13的光照系統(tǒng)中設(shè)置有冷光源15，培養(yǎng)器13中內(nèi)置有攪拌器14和驅(qū)動裝置M，培養(yǎng)器13的上方設(shè)置有安全閥16、溫度探頭17、PH探頭18、溶氧探頭19和預(yù)留口20，下方的管路上設(shè)置有單向閥12。接種操作系統(tǒng)由超凈工作臺10和其上的接種器11構(gòu)成。接種操作在超凈工作臺上進(jìn)行，有效避免接種污染問題；從實驗結(jié)果得知，在超凈工作臺上進(jìn)行接種，相應(yīng)環(huán)節(jié)污染率降低60％。
一、下面就本系統(tǒng)的主要技術(shù)系數(shù)介紹如下1、種子罐20L；滅菌壓力≤0.15Mpa；工作壓力培養(yǎng)罐壓0.05Mpa-0.07Mpa，排料罐壓0.05Mpa-0.1Mpa；滅菌溫度121-130℃；工作溫度培養(yǎng)溫度10-40℃。
2、發(fā)酵罐100L；滅菌壓力≤0.15Mpa；工作壓力培養(yǎng)罐壓0.05Mpa-0.07Mpa，排料罐壓0.05Mpa-0.1Mpa；滅菌溫度121-130℃；工作溫度培養(yǎng)溫度10-40℃。
3、進(jìn)罐空氣壓力種子罐、發(fā)酵罐0.2Mpa。
4、工作空氣流量0.1-1.0m3/m3.min。
5、工作PH值4.0-7.0。
6、工作光強(qiáng)40-100umol/m2.s。
7、取樣口直徑≥1.5cm、排料口直徑≥1.5cm。
二、下面就本系統(tǒng)的滅菌操作規(guī)程介紹如下1.準(zhǔn)備兩桶蒸餾水。
2.儀器檢查電極是否標(biāo)定→控制儀表溫度顯示、冷卻水的循環(huán)系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)是否正常工作(氣源壓力設(shè)定在0.22-0.38MPa)→檢查蒸汽鍋爐和反應(yīng)器的所有安全閥、開關(guān)、連接點等是否能正常工作(蒸汽鍋爐的工作壓力設(shè)定在0.25-0.35MPa)→所有安全閥和開關(guān)都處于關(guān)閉狀態(tài)，保證各連接點不漏氣。
3.鍋爐啟動水箱裝滿蒸餾水→打開鍋爐兩個排空閥、一個進(jìn)水閥→打開總電源→打開鍋爐電源→檢查鍋爐水位(是否正常)。
4.反應(yīng)器進(jìn)蒸汽打開顯控儀表，調(diào)至溫度顯示狀態(tài)→打開反應(yīng)器頂部的安全閥和排氣閥→打開鍋爐兩個排空閥(排空閥流出蒸汽5min后關(guān)閉)→打開鍋爐主路氣閥→打開反應(yīng)器背部旁路入口的排空閥(反應(yīng)器背部旁路入口的排空閥流出蒸汽5min后關(guān)閉)→打開反應(yīng)器背部旁路入口進(jìn)氣閥→打開反應(yīng)器底部旁路入口進(jìn)氣閥。
5.反應(yīng)器升溫反應(yīng)器中溫度升高到100℃后，將反應(yīng)器頂部的安全閥和排氣閥打開或關(guān)閉數(shù)次(滅菌)→數(shù)分鐘后(反應(yīng)器內(nèi)的空氣徹底排出)關(guān)閉反應(yīng)器頂部的安全閥和排氣閥
6.反應(yīng)器保溫反應(yīng)器中溫度升至121℃或壓力升至0.1MPa后，關(guān)閉反應(yīng)器和鍋爐所有旁路閥門(順序同打開時相反)→打開反應(yīng)器和鍋爐所有主路閥門(順序同旁路打開時相同)→調(diào)節(jié)反應(yīng)器反應(yīng)器底部主路入口進(jìn)氣閥使蒸汽流量適度(或通過反應(yīng)器頂部的排空閥調(diào)節(jié)壓力)→保持30分鐘空罐滅菌(滅菌期間略微打開反應(yīng)器底部的兩個水平方向的閥門，使排料口、取樣口、進(jìn)氣口同時進(jìn)蒸汽數(shù)次，同時將紅色進(jìn)氣閥開閉數(shù)次使閥芯徹底滅菌)。
7.反應(yīng)器降溫打開空壓機(jī)電源→打開反應(yīng)器背后的空氣進(jìn)氣總閥(調(diào)節(jié)控制器的氣體壓力閥門)→關(guān)閉反應(yīng)器背后的蒸汽主路閥門→關(guān)閉蒸汽鍋爐主路氣閥(同時打開鍋爐兩個排空閥)→關(guān)閉鍋爐電源→略微打開反應(yīng)器頂部的排空閥；打開冷卻水循環(huán)系統(tǒng)(降溫過程中保持反應(yīng)器維持一定的正壓0.02-0.04Mpa)冷卻到所需溫度時關(guān)閉冷卻水→最后反應(yīng)器保持通氣狀態(tài)。
三、下面就本系統(tǒng)的植物細(xì)胞培養(yǎng)過程介紹如下在植物細(xì)胞培養(yǎng)過程中，結(jié)構(gòu)圖中的空氣首先經(jīng)過多級過濾后進(jìn)入反應(yīng)器；溫度由水箱中的水循環(huán)調(diào)控，水箱中裝有冷凝器和電阻絲，根據(jù)電磁閥的控制進(jìn)行加熱或冷卻，通過雙層內(nèi)罐循環(huán)控制溫度(培養(yǎng)溫度25±2℃)；培養(yǎng)物的循環(huán)和通氣通過氣體循環(huán)和攪拌相結(jié)合方式，同期量大易形成大量氣泡，引起培養(yǎng)物貼壁，適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣扰c低通氣量相結(jié)合(攪拌轉(zhuǎn)速100r/min，通氣量1.0L/min)；接種在超凈工作臺上進(jìn)行，將培養(yǎng)細(xì)胞接種到接種器中，通過氣流將培養(yǎng)物壓入反應(yīng)器中。光源為60umol/m2，光周期16-24h。
以上所述，僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，依據(jù)本實用新型同樣的發(fā)明創(chuàng)造原理，還可以做出許多變形和改進(jìn)，但是這些均落入本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.植物生物反應(yīng)器，包括接種操作系統(tǒng)，培養(yǎng)器光照系統(tǒng)，空氣輸送系統(tǒng)和溫度調(diào)控系統(tǒng)，所述空氣輸送系統(tǒng)包含有空氣壓縮機(jī)和通過管路與其連接的除菌過濾器，其特征在于在所述空氣壓縮機(jī)和除菌過濾器之間串接有多級空氣過濾器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生物反應(yīng)器，其特征在于所述多級空氣過濾器為三級過濾器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生物反應(yīng)器，其特征在于所述接種操作系統(tǒng)包含接種工作臺和工作臺上的接種器，所述接種工作臺為超凈工作臺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生物反應(yīng)器，其特征在于所述溫度調(diào)控系統(tǒng)采用循環(huán)水箱和雙層鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)罐進(jìn)行溫度調(diào)控。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生物反應(yīng)器，其特征在于所述培養(yǎng)器光照系統(tǒng)設(shè)置有普通光源和冷光源，冬天采用普通光源，夏天采用冷光源。
專利摘要本實用新型解決現(xiàn)有植物生物反應(yīng)器在使用過程中存在的污染嚴(yán)重和水資源浪費(fèi)，從而造成成本較高而不利于推廣應(yīng)用的問題，設(shè)計出一種新型的植物生物反應(yīng)器，包括接種操作系統(tǒng)，培養(yǎng)器光照系統(tǒng)，空氣輸送系統(tǒng)和溫度調(diào)控系統(tǒng)，所述空氣輸送系統(tǒng)包含有空氣壓縮機(jī)和通過管路與其連接的除菌過濾器，其特征在于在所述空氣壓縮機(jī)和除菌過濾器之間串接有多級空氣過濾器。采用該植物生物反應(yīng)器能大大降低植物細(xì)胞培養(yǎng)成本，從而有利于推廣應(yīng)用。
文檔編號C12M3/00GK2716273SQ200420009119

公開日2005年8月10日 申請日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者張?zhí)扃? 王玉忠, 李榮旗, 黨俊梅, 穆俊杰, 郭艷霞, 劉蕾, 林翔鷹, 馬凱峰 申請人:北京錦繡大地農(nóng)業(yè)股份有限公司